“光”是世界上速度快的信息載體，對光的捕獲和操控，就成為人們孜孜追求的目標。南京大學(xué)物理學(xué)院劉輝教授所在的課題組，結合家在光子集成方面的重大需求和超構材料際前沿領(lǐng)域，在超構材料光子集成芯片研究方面率先提出納米螺旋偏振器，用于調控光偏振信息;早提出磁共振納米波導，在納米尺度下傳遞光信息;以及采用新技術(shù)制備光子黑洞微腔，實(shí)現高效率光子捕獲與探測等，使得光信號的調制、傳輸、探測三個(gè)階段獲突破。

　　超構材料是科學(xué)家模擬自然界中的材料，設計并制造的一種新型人工微結構材料。劉輝教授從事微結構光電功能器件與材料研究，在超構材料光子芯片方面，他和研究團隊采用簡(jiǎn)單而巧妙的旋涂加熱工藝，利用微球表面與聚合物薄膜接觸的表面張力，在一塊微小的光子芯片上，實(shí)現了折射率具有類(lèi)似中心引力場(chǎng)分布的光學(xué)微腔。結果證明，與黑洞周?chē)?chǎng)“視界”類(lèi)似，這種微腔也存在一種臨界半徑，當光子的傳播路徑通過(guò)臨界半徑包圍的區域，光子就會(huì )被微腔捕獲，而當光子的傳播路徑在臨界半徑區域之外，光子不會(huì )被捕獲，只是路徑發(fā)生彎曲，實(shí)驗結果與理論很好的符合。際著(zhù)名超構材料專(zhuān)家Leonhardt教授評價(jià)這個(gè)工作是“一次在光子芯片上，用簡(jiǎn)單的實(shí)驗，精確而漂亮地演繹了愛(ài)因斯坦廣義相對論所描述的部分思想”。該成果2013年發(fā)表在Nature Photonics 際光學(xué)期刊上;2014年，被美物理學(xué)年會(huì )評為推薦報告，被中激光雜志社評為“2013年中重要光學(xué)成果”。與以前的大多數窄帶共振光學(xué)微腔相比，工作中報道的非共振光學(xué)微腔具有寬波段特性，可以捕獲較寬的連續波段內的光子，這也發(fā)展了光學(xué)微腔一種新的功能，可以應用于光子芯片上的寬波段激光器，光電探測，光伏器件等。

　　目前，劉輝和研究團隊在光發(fā)射器方面，正努力將半導體發(fā)光材料集成在超構材料中，實(shí)現一種超小尺寸的光子芯片的納米激光器。同時(shí)，研制將獨立的光子器件集成在完整的超構材料光子芯片上，實(shí)現一個(gè)具有完整信息處理功能的超構材料光子芯片，并希望將他研制的超構材料光子芯片用于光子計算機。